孔板在氫氣測量中的應用

李文鑫 陳士虹 田淑英

四平昊華化工有限公司 （四平 136001）

氯化氫合成是生產PVC樹脂中的一個工序，當時設計采用S型彎管流量計測量氫氣流量，但由于氫氣質量低，故在流量小于800 Nm3/h時無法監測到測量值，致使氯化氫工段正常生產受到嚴重安全影響。后經過技術改造，決定改用孔板流量計測量氫氣流量，解決了因流量低無法監測到測量值這個問題。

1 用彎管流量計測量氫氣流量是否合適

經分析得知：在實際使用中當管道內的氫氣流量較低時，無法在彎管流量傳感器的正負壓側測得差壓信號，所以也就不能正確地進行流量測量。這主要是由氫氣的特殊性和彎管流量計的原理決定的。彎管流量計是一種低壓損的差壓式流量計。當流體流經900的標準彎頭時，將做圓周旋轉運動，流體會產生慣性離心力。由于管壁的限制，在彎管流量傳感器的取壓點處（處側-內側），形成局部最大靜壓差。該壓差與離心力的大小成正比，離心力的大小與流體的流速、密度及作圓周運動的曲率半徑(也就是彎管傳感器的曲率半徑)等因素有關。彎管流量傳感器所產生的壓損就是一個彎頭所產生的壓損，當其用于流量測量時，與其它的節流式儀表相比，如孔板，文丘里管、V錐等，差壓信號要小很多。這里用其測量氫氣，由于氫氣的密度非常小，當流量低到一定值時，在取壓點處不能產生差壓信號，所以說用彎管流量計測量氫氣流量是不合適的。

2 孔板流量計測量氫氣流量的可行性

孔板流量計與彎管流量計一樣，也是一種差壓式流量計，但它們有很大的不同。當流體流經管道內的節流裝置時，在節流件下游造成局部收縮，流速增加，使下游的靜壓降低，動壓增大。采用不同的取壓方式，可以測出上、下游兩側產生的靜壓力差。在已知有關參數的條件下，根據差壓與流量之間的關系就可以求得流量。由于孔板算時，可以根據實際情況，選擇不同的最大壓差△Pmax，來確定孔板的開孔直徑，所以當其用于氫氣測量時，通過選擇大壓差、小孔徑，來解決這個問題。

式中

v——速度；

g——重力加速度；

p——靜壓力；

ρ——密度；

H——液面高度；

ξ——流體流動阻力系數。

由于流體的流動狀態在節流裝置的前后會發生變化，即流體在流動時遇到節流裝置的阻擋，其流束形成收縮。在擠過節流孔后，流速又由于流通面積的變大和流束的擴大而降低。由于其流束在節流裝置前后形成收縮和擴大，所以在節流裝置前后的管壁處的流體靜壓力發生變化，形成靜壓力差△P，即為節流現象。

3 孔板流量計的計算

根據GB/T2624-93國家標準計算孔板孔徑。

已知條件：操作溫度t；操作壓力p；介質密度ρ；

動力粘度μ；20℃時管道內徑D20；最大流量M；管道膨脹系數λD；孔板膨脹系數λd；差壓△P。

3.1 求工況下管道直徑

3.2 求雷諾數

3.3 求不變量A2

3.4 設出流出系數C∞及流體膨脹系數ε

3.5 計算Xn

3.6 計算孔板孔徑和管道內徑之比nβ

3.7 計算流出系數Cn

式中

L1——孔板上游端到上游取壓口的距離除以管道直徑；

3.8 計算nδ

3.9 精確度判別式

3.10 求孔板孔徑d

3.11 求20℃時孔板孔徑d20

4 結語

經過近2年的實踐，孔板流量計做到信號準確，未出現任何異常。為單位減去重大安全隱患，做到有據可查，有理可依。

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